lunes, 25 de agosto de 2008

Alternativas energéticas. Electricidad sin Carbón: Solar

Solar

Desde Nature's News
Por Quirin Schiermeie , Jeff Tollefson , Tony Scully , Alexandra Witze & OliverMorton.
Traducción: KC


Sin quitarle nada al milagro de la fotosíntesis, incluso bajo las mejores condiciones las plantas sólo pueden convertir alrededor del 1% de la radiación solar que llega a su superficie en energía que nadie más puede utilizar. Por comparación, un panel solar fotovoltaico comercial normal puede convertir 12 - 18% de la energía de la luz solar en electricidad utilizable; los modelos de gama alta vienen con eficiencias por encima del 20%. Al aumentar la capacidad de fabricación y disminuir los costos se conducido a un notable crecimiento en la industria en los últimos cinco años: en 2002, 550 MW de células se enviaron a todo el mundo; en 2007 la cifra era seis veces mayor. La capacidad instalada total de células solares se estima en 9 GW más o menos. La cantidad real de la electricidad generada, sin embargo, es considerablemente inferior, ya que la noche y las nubes disminuyen la potencia disponible. De todas las energías renovables, la solar es la que actualmente tiene el más bajo factor de capacidad, en torno al 14% (Nota reciente: Apareció el 21 de agosto pasado, en Neofronteras, una noticia sobre celdas fotovoltaicas con eficiencias mayores al 40%)

Las celdas solares no son la única tecnología para convertir la luz solar en electricidad.
Sistemas de concentración de energía solar térmica utilizan espejos para enfocar el calor del sol, por lo general calentando un fluido de trabajo que a su vez impulsa una turbina. Los espejos se pueden establecer en bases especiales, en forma de parábolas que hacen un seguimiento del Sol, o en arreglos que se concentran el calor en una torre central. Hasta el momento, la capacidad instalada es muy pequeña, y la tecnología seguirá estando limitada a los lugares donde hay un buen número de días sin nubes - necesita de insolación directa, mientras que la fotovoltaica puede funcionar con luz más difusa.

Costos: El coste de fabricación de celdas solares es actualmente $1.50 - $2.50 dólares por cada vatio de capacidad de generación, y los precios están en el intervalo de $2.50 - 3.50 dólares por vatio. Los costes de instalación son adicionales; el precio de un sistema completo es normalmente alrededor del doble del precio de las celdas. Lo que esto significa en términos de costo por kilovatio-hora durante la vida útil de una instalación varía en función de la ubicación, pero finalmente resulta en alrededor de $0.25 - 0.40 de dólar. Los costes de fabricación están disminuyendo, y los gastos de instalación también bajarán en la medida en que las celdas fotovoltaicas integradas
a los materiales de construcción sustituyan a los paneles dedicados para aplicaciones domésticas. Las actuales tecnologías deberán permitir la fabricación a menos de 1 dólar por vatio dentro de unos años (véase Nature 454, 558-559, 2008).

El costo por kilovatio-hora de energía solar térmica concentrada estimado por los Laboratorios Nacionales de Energía Renovable (NREL) en Golden, Colorado, a unos $0.17 de dólar.

Capacidad: La Tierra recibe alrededor de 100,000 TW de energía solar en su superficie - suficiente energía cada hora para satisfacer las necesidades de energía de la humanidad durante un año. Hay partes del desierto del Sahara, el desierto de Gobi en Asia central, el Atacama en el Perú o la Gran Cuenca en los Estados Unidos donde un Gigavatio de electricidad podría ser generada utilizando las actuales celdas fotovoltaicas en arreglos de 7 u 8 kilómetros de ancho. En teoría,
las necesidades de energía primaria del mundo entero podrían ser atendidas por menos de una décima parte de la superficie del Sahara.

Los defensores de celdas solares apuntan a un cálculo de la NREL alegando que los paneles solares en todos los techos utilizables residenciales y comerciales podrían proporcionar a los Estados Unidos con una cantidad de electricidad por año que similar a la que utilizaba el país en 2004. En climas más templados cosas no son tan prometedores: en Gran Bretaña uno espera una insolación anual de unos 1,000 kilovatios-hora por metro en un panel inclinado al sur para tener en cuenta la latitud: con 10% de eficiencia, eso significa que
serían necesarios más de 60 metros cuadrados por persona para satisfacer los actuales consumos de electricidad en el Reino Unido.

Ventajas: El Sol representa un eficaz suministro ilimitado de combustible sin costo alguno, que se distribuye ampliamente y no deja residuos. El público acepta la tecnología solar y en la mayoría de los lugares están de acuerdo con ella - que está sujeta a menos preocupaciones geopolíticas, medioambientales y estéticas que las correspondientes de nucleoelectricidad, eoloelectricidad o hidroelectricidad, aunque las instalaciones en un gran desierto podrían provocar protestas.

Las celdas fotovoltaicas pueden ser instaladas en forma fragmentaria - casa por casa y negocio por negocio. En esta configuración, el costo de generación tiene que competir con el precio al por menor de electricidad, más que con el costo de generar por otros medios, lo que da a la energía solar un impulso considerable. La tecnología es también, evidentemente, muy adecuada para estar fuera de la red de generación y, por tanto, en zonas sin infraestructura bien desarrollada.

Ambas
tecnologías, fotovoltaica y energía solar térmica concentrada, tienen claro margen de mejora. Es razonable pensar que en una década o dos nuevas tecnologías podrían reducir el coste por vatio de energía fotovoltaica, por un factor de diez, algo que es casi inimaginable para cualquier otra fuente de electricidad libre de carbono.

Desventajas: La última limitación en la energía solar es la oscuridad. Las celdas solares no generan electricidad por la noche, y en los lugares con frecuentes y amplias capas de nubes, generación fluctúa
impredeciblemente durante el día. Algunos sistemas concentrados de energía solar térmica le dan la vuelta a esta limitación mediante el almacenamiento del calor durante el día para su uso por la noche (la sal fundida es un posible medio de almacenamiento), lo que es una de las razones por las que pueden tener preferencia sobre medio fotovoltaicos para grandes instalaciones. Otra posibilidad es el almacenamiento distribuido, tal vez en baterías de electricidad y automóviles híbridos (véase la página 810).

Otro problema es que las grandes instalaciones normalmente estarán en los desiertos, y la distribución de la electricidad generada plantearía problemas. En 2006 un estudio realizado por el Centro Aeroespacial Alemán propuso que para el año 2050 Europa podría estar importando 100 GW de un surtido de plantas fotovoltaicas y térmicas solares en todo el Medio Oriente y África del Norte. Pero el informe también señaló que ello exigiría nuevos sistemas de distribución basados en corriente directa y alto voltaje.

Un posible inconveniente de algunas
celdas fotovoltaicas avanzadas es que utilizan elementos raros que podrían ser objeto de aumentos en los costos y la restricción de la oferta. No está claro, sin embargo, si cualquiera de estos elementos son realmente limitados - más reservas podrían ser económicamente viables si la demanda fuese mayor - o insustituibles.

Veredicto: En el medio a largo plazo, el tamaño de los recursos y el potencial para un mayor desarrollo tecnológico hacen que sea difícil no ver la energía solar como la más prometedora
tecnología libre de carbono. Pero sin opciones de almacenamiento considerablemente mejoradas, esta tecnología no puede resolver el problema en su totalidad.
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Ilustración: J. Taylor

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